La physique quantique peut garantir qu'un message n'a pas été intercepté avant d'avoir atteint sa destination. Grâce aux lois de la physique quantique, une particule de lumière – un photon – peut être dans deux états distincts simultanément, comparable à une pièce de monnaie lancée en l'air, qui est pratiquement à la fois la tête et la queue avant d'atteindre le sol. Comme quand la pièce est saisie, cette superposition d'états est détruite dès qu'elle est lue. Cette caractéristique particulière permet de détecter un indiscret lors de l'envoi d'un message. Cependant, cette technique est jusqu'à présent limitée aux courtes distances. Afin d'étendre la portée de ces communications quantiques, des chercheurs de l'Université de Genève (UNIGE), La Suisse, ont démontré un nouveau protocole basé sur un cristal qui peut émettre de la lumière quantique et la stocker pendant de longues périodes arbitraires. Ce travail, apparaitre dans Lettres d'examen physique , ouvre la voie à un futur répéteur quantique.

La superposition quantique est l'une des caractéristiques fascinantes de la physique quantique. "Afin de tester la sécurité du lien de communication, nous pouvons utiliser des particules de lumière, photons, sur lequel on code des bits quantiques (analogues au bit utilisé en informatique), " explique Cyril Laplane, chercheur au sein du Groupe de Physique Appliquée de l'UNIGE. Il poursuit :« On profite alors des propriétés de superposition quantique, permettant au photon d'être simultanément dans deux états, pour tester la sécurité d'un lien de communication". En effet si le photon est intercepté et lu, la superposition des états est perdue, il ne reste qu'un des deux états. D'où, le destinataire peut savoir si le message a été intercepté.

Le besoin de répéteurs quantiques

Étant donné que ce protocole repose sur l'utilisation de photons uniques, il existe un risque non négligeable de perdre les particules lorsqu'elles se propagent dans les liaisons de communication traditionnelles telles que la fibre optique. Ce problème devient de plus en plus critique avec la distance. Pour communiquer sur de longues distances, il faudrait des répéteurs, qui amplifient et rediffusent le signal. Il est cependant impossible d'utiliser une telle procédure en communication quantique sans détruire la superposition d'états. Les physiciens ont besoin de construire un répéteur quantique capable de stocker le caractère double du photon mais aussi de produire un tel état, un vrai défi.

Une solution à base de cristaux

Pour construire un répéteur quantique, les scientifiques ont étudié beaucoup de gaz atomiques, qui nécessitent généralement un appareillage expérimental lourd. "Nous utilisons un cristal capable de stocker l'état quantique de la lumière. Il possède l'avantage d'être relativement simple à utiliser avec un potentiel de stockage très long, " précise Jean Etesse, un co-auteur de l'article. Ces cristaux sont capables d'absorber la lumière et de la restituer plus tard, sans lire les informations qui y sont codées. Par ailleurs, ils peuvent générer des photons uniques et les stocker à la demande. Un autre atout majeur est leur potentiel de miniaturisation.

Puisque le cristal est la source et la mémoire de l'information quantique, il simplifie le protocole des répéteurs quantiques et jette les bases d'un Internet quantique. Des physiciens de l'UNIGE travaillent déjà à la création d'un lien élémentaire de communication quantique à l'aide d'un répéteur.